Oamenii de știință au descoperit că nucleele atomice ultramasive ar putea explica unele dintre cele mai energetice raze cosmice observate vreodată în Univers. Aceste particule extrem de energetice ar putea proveni din evenimente cosmice violente, cum ar fi fuziunea stelelor neutronice sau colapsul stelelor masive.
Razele cosmice cu energie ultra-înaltă sunt particule din spațiu care lovesc Pământul cu energii ce depășesc capacitatea acceleratoarelor de particule construite de oameni. Un exemplu extrem este „particula Amaterasu”, detectată în Utah în 2021, care rivalizează cu celebra particulă „Oh-My-God” descoperită în 1991. Cu toate acestea, cercetătorii nu au reușit să stabilească cu exactitate sursa acestor particule.
O cercetare realizată de fizicienii de la Penn State, publicată în revista Physical Review Letters, sugerează că razele cosmice record ar putea fi alcătuite din nuclee atomice mai grele decât fierul. Aceste nuclee ultramasive își pierd energia mult mai lent decât protonii sau nucleele cu masă intermediară, permițându-le să traverseze distanțe mari în spațiul intergalactic și să ajungă pe Pământ cu energii extrem de mari.
„Razele cosmice cu energie ultra-înaltă pot fi accelerate doar de unele dintre cele mai puternice surse din Univers”, a declarat Kohta Murase, profesor de fizică la Penn State. Detectarea particulelor individuale pe Pământ, cum ar fi particula Amaterasu, oferă indicii despre sursele lor cosmice prin analiza energiei, direcției de sosire și deviațiilor magnetice.
Originile și mecanismele de accelerare ale acestor raze cosmice reprezintă unul dintre cele mai mari mistere în astrofizică de peste 60 de ani. Aceste particule poartă energii de peste 100 de exa-electronvolți, fiind de aproximativ 10 milioane de ori mai energetice decât particulele accelerate în Large Hadron Collider de la CERN. Particula Amaterasu a atins aproximativ 240 de exa-electronvolți, având energia cinetică a unei mingi de tenis, dar concentrată într-o singură particulă subatomică.
Cercetătorii au realizat simulări computerizate pentru a determina ce tip de particule ar putea supraviețui unei astfel de călătorii. Deși nu toate razele cosmice de energie ultra-înaltă sunt nuclee ultramasive, confirmarea că evenimentele de energie extremă au această compoziție ar putea schimba modul în care astronomii caută sursele acestora. Cele mai probabile locuri pentru producerea și accelerarea acestor nuclee ultramasive sunt legate de moartea stelelor masive și fuziunea stelelor neutronice binare.
Violențele cosmice generează izbucniri de raze gamma, considerate printre cele mai energetice explozii din Univers. Aceste evenimente sunt influențate semnificativ de nucleele mai grele decât fierul, iar datele colectate în viitor ar putea evidenția o compoziție ultra-grea a acestora.
Proiecte viitoare, cum ar fi AugerPrime din Argentina și Observatorul Global de Raze Cosmice, se pregătesc să testeze aceste predicții în anii următori, oferind perspective noi asupra naturii particulelor din Univers.
